TWI785714B

TWI785714B - 具有指紋感測功能的顯示裝置

Info

Publication number: TWI785714B
Application number: TW110128565A
Authority: TW
Inventors: 黃政智; 羅睿騏; 陳銘耀
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN114333585B; CN114333585A; TW202307630A

Abstract

本發明提出一種顯示裝置，包括多個指紋感測像素，每個指紋感測像素包括一指紋感測電路。在顯示期間，指紋感測像素下方的像素顯示指紋背景影像的一部份，在顯示期間之後的指紋感測期間，根據來自指紋感測電路的訊號產生指紋影像，並將指紋影像與指紋背景影像相減以產生一指紋前景影像。

Description

具有指紋感測功能的顯示裝置

本揭露是關於具有指紋感測功能的顯示裝置，透過改變像素的顯示來提升指紋感測的功能。

指紋對於每一個人而言是與生俱來的，隨著科技的發展，市場上出現了多種帶有指紋識別功能的顯示裝置，如手機、平板電腦以及可穿戴設備等。用戶在操作帶有指紋識別功能的顯示裝置時，只需要用手指觸摸顯示裝置就可以進行權限驗證，簡化了權限驗證過程。然而，顯示裝置與指紋辨識電路之間可能會有訊號的干擾。

本揭露的實施例提出一種顯示裝置，包括以下元件。資料線與指紋感測線沿著相同方向延伸，一電路連接至資料線與指紋感測線。多個像素排列多個行與多個列，其中每個像素連接至一條資料線。上述的像素包括多個指紋感測像素與多個第一像素，每個指紋感測像素包括一指紋感測電路，每個指紋感測電路連接至一條指紋感測線，每個第一像素與一個指紋像素連接至相同的資料線。一指紋感測期間直接接續在一顯示期間之後。在顯示期間，電路將灰階資料透過資料線傳送至像素，使得第一像素顯示一指紋背景影像的一部份，第一像素的顯示順序在指紋感測像素的顯示順序之後。在指紋感測期間，電路透過指紋感測線接收來自指紋感測電路的訊號以產生一指紋影像，並將指紋影像與指紋背景影像相減以產生一指紋前景影像。

在一些實施例中，資料線與指紋感測線設置在一絕緣層上並且屬於相同的金屬層。

在一些實施例中，資料線設置於絕緣層的第一側，指紋感測線設置於絕緣層的第二側，第二側相對於第一側。從絕緣層的上表面的法向量觀之，指紋感測線重疊於資料線。

在一些實施例中，在顯示期間像素依照列的順序被致能，至少部分的第一像素設置於最後一列。

在一些實施例中，顯示裝置包括顯示區與非顯示區，指紋感測像素與第一像素設置於顯示區。

在一些實施例中，第一像素是直接相鄰於指紋感測像素。

在一些實施例中，指紋感測像素設置於顯示區，第一像素設置於非顯示區。

在一些實施例中，每個指紋感測像素還包括第一開關，第一開關的第一端連接至對應的指紋感測電路，第一開關的控制端連接至對應的感測閘極線，第一開關的第二端連接至對應的指紋感測線。上述的電路包括放大器、第一電容與第二電容。放大器具有第一端、第二端與輸出端，放大器的第二端連接至接地電壓。第一電容的第一端連接至指紋感測線，第二電容的第二端連接至放大器的第一端。第二電容的第一端連接至放大器的第一端，第二電容的第二端連接至放大器的輸出端。

在一些實施例中，每個指紋感測像素還包括第一開關與第二開關。第一開關的控制端連接至對應的指紋感測電路，第一開關的第一端連接至操作電壓。第二開關的第一端連接至第一開關的第二端，第二開關的控制端連接至對應的感測閘極線，第二開關的第二端連接至對應的指紋感測線。

在一些實施例中，每個指紋感測像素還包括第一開關與第二開關。第一開關的控制端連接至對應的指紋感測電路，第一開關的第二端連接至接地電壓。第二開關的第一端連接至對應的指紋感測線，第二開關的第二端連接至第一開關的第一端，第二開關的控制端連接至對應的感測閘極線。

關於本文中所使用之「第一」、「第二」等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

圖1是根據一實施例繪示顯示裝置的示意圖。請參照圖1，顯示裝置100包括閘極驅動電路110、電路120、閘極線G1~G3、感測閘極線SG1~SG3、資料線D1~D2、指紋感測線FS1~FS2以及像素P1~P6。像素P1~P6排列為多個行C1~C2與多個列R1~R3。為了簡化起見，圖1僅繪示6個像素，但本揭露並不限制顯示裝置中像素的個數。

閘極線G1~G3與感測閘極線SG1~SG3沿著X方向延伸並連接至閘極驅動電路110，資料線D1~D2與指紋感測線FS1~FS2沿著Y方向延伸並連接至電路120。電路120可以稱為源極驅動器或是指紋感測電路，可同時提供顯示與指紋感測的功能，在一些實施例中電路120也可以被拆分為更多個電路，其中一個電路可設置在上方提供顯示功能，另一個電路設置在下方提供指紋感測的功能。本揭露並不限制電路120被拆分為幾個電路，也不限制電路120的位置。

每個像素P1~P6中可包括薄膜電晶體、像素電極與共同電極，或者每個像素P1~P6也可以包括發光二極體，這些元件是用以提供顯示功能，為了簡化起見，這些元件並未繪示。除此之外，像素P1~P6中分別具有指紋感測電路141~146，這些指紋感測電路141~146可為光學式感測電路或者是電容式感測電路。舉例來說，若採用光學式感測電路，則每個指紋感測電路141~146包括一個光感測器(photo sensor)；如採用電容式感測電路，則每個指紋感測電路141~146包括一電極，此電極與使用者的手指之間會形成電容，透過電容的改變可以感測指紋上的紋脊(ridge)和紋谷(valley)。

每個像素都會連接至一條閘極線與一條資料線，例如像素P1連接至閘極線G1以及資料線D1，以此類推。每個指紋感測電路都會連接至一條感測閘極線與一條指紋感測線，例如指紋感測電路141連接至感測閘極線SG1以及指紋感測線FS1，以此類推。閘極線G1~G3用以根據列R1~R3的順序致能對應的像素(例如導通像素中的薄膜電晶體)，而電路120用以透過資料線D1~D2傳送像素資料至被致能的像素以顯示特定的亮度。感測閘極線SG1~SG3用以根據列R1~R3的順序致能對應的像素，被致能的像素透過指紋感測線FS1~FS2將訊號傳送至電路120，電路120可以根據這些訊號產生一指紋影像。例如，當採用光學式感測電路時，指紋感測線FS1~FS2上的訊號代表灰階值；當採用電容式感測電路時，指紋感測線FS1~FS2上的訊號代表電容值，這些電容值也可以轉換為灰階值，而這些灰階值可以組成指紋影像。

在此是以分時的方式提供顯示功能以及指紋感測功能。圖2是根據一實施例繪示顯示期間以及指紋感測期間的示意圖。請參照圖1與圖2，在顯示期間210，列R1~R3上的像素依序被致能。指紋感測期間220直接接續在顯示期間210之後，在指紋感測期間220列R1~R3上的指紋感測電路也依序被致能。在一些實施例中，顯示期間210與指紋感測期間220可以屬於同一個訊框(frame)，但本揭露並不在此限。

由於每一條資料線相鄰於一條指紋感測線(例如資料線D1相鄰於指紋感測線FS1)，資料線與相鄰的指紋感測線之間會有寄生電容。舉例來說，圖3與圖4是根據一實施例繪示資料線與指紋感測線的設置剖面圖。在此以資料線D1與指紋感測線FS1為例，在圖3的實施例中資料線D1與指紋感測線FS1設置在絕緣層INS之上，資料線D1與指紋感測線FS1是屬於相同的金屬層，這兩條線之間會形成寄生電容C。在圖4的實施例中，資料線D1設置於絕緣層INS的上側，而指紋感測線FS1設置於絕緣層INS的下側，從絕緣層INS的上表面的法向量410觀之，資料線D1與指紋感測線FS1是至少部分的彼此重疊，這樣的設置也會形成寄生電容C。在其他實施例中，資料線D1也可設置於絕緣層INS的下側，而指紋感測線FS1可設置於絕緣層INS的上側。為了簡化起見，圖3與圖4並未繪示顯示裝置的所有元件，例如閘極線可屬於另一金屬層等。請參照回圖2，在顯示完最後一列的像素以後，由於馬上進入指紋感測期間，資料線D1上的訊號會干擾指紋感測線FS1上的訊號，這會影響指紋的感測。

圖5是根據一實施例繪示顯示畫面的示意圖。請參照圖5，當提供指紋感測功能時，顯示裝置100可顯示任意的畫面，並指示使用者在指紋感測區510上按壓手指以產生指紋影像。此指紋影像會與一張預設的指紋背景影像相減，藉此計算出指紋前景影像，指紋前景影像可用於註冊或辨識等，本揭露並不在此限。然而，如果此預設的指紋背景影像與當下顯示的畫面不相同時，資料線對於指紋感測線的干擾程度也不相同，這會使得取得的指紋前景影像不如預期，進而導致辨識錯誤。因此，在進入指紋感測期間之前，必須讓部分的像素顯示指紋背景影像的其中一部份。

在此，指紋感測區510內的像素被稱為指紋感測像素，而在指紋感測區510下方的像素被稱為第一像素。舉例來說，在圖1中如果像素P1與P2為指紋感測像素，則像素P3~P6可稱為第一像素，或者只有像素P5、P6被稱為第一像素。值得注意的是，像素P1、P3、P5會共用同一條資料線D1，另外像素P2、P4、P6會共用同一條資料線D2。此外，像素P3、P5的顯示順序在像素P1的顯示順序之後，而像素P4、P6的顯示順序在像素P2的顯示順序之後。在顯示期間，第一像素會顯示指紋背景影像的一部份。舉例來說，指紋背景影像可為全黑的畫面，因此在顯示期間像素P3~P6可顯示黑色。如此一來，在指紋感測期間可以避免資料線對指紋感測線有不預期的干擾。

在此實施例中所有的像素都包括指紋感測電路，但在其他實施例中也可以設計為只有指紋感測區510中的像素包括指紋感測電路，而其他的像素則沒有包括指紋感測電路。

以下將舉多個實施例說明那些像素可顯示指紋背景影像。顯示裝置100可包括顯示區與非顯示區。在圖5的實施例中，指紋感測區510以及區域520內的像素都是屬於顯示區，而區域520包含了位於最後一列的像素，換言之只有最後一列的像素會顯示指紋背景影像。在圖6的實施例中，指紋感測區510以下的所有像素(包含最後一列的像素)都會顯示指紋背景影像，也就是說部分的第一像素是直接相鄰於指紋感測區510內的指紋感測像素。在圖7的實施例中，指紋感測區510是位於顯示區710，但區域720是位於非顯示區712，區域720內的像素(包含最後一列的像素)會顯示指紋背景影像，如此一來並不會影響目前顯示的畫面。

圖8至圖10是根據一些實施例繪示提供指紋感測功能的相關電路。在此以像素P1為例，對於其他像素可以類推。在圖8的實施例中，像素P1還包括開關M1，開關M1具有第一端M1-1、第二端M1-2與控制端M1-3，其中控制端M1-3連接至感測閘極線SG1，第一端M1-1連接至指紋感測電路141，第二端M1-2連接至指紋感測線FS1。電路120包括電容C1、電容C2以及放大器810。電容C1的第一端C1-1連接至指紋感測線FS1，電容C1的第二端C1-2連接至放大器810的第一端811。放大器810的第二端812連接至接地電壓。電容C2的第一端C2-1連接至第一端811，電容C2的第二端C2-2連接至放大器810的輸出端813。

在圖9的實施例中，像素P1還包括開關M2與開關M3。開關M2的第一端M2-1連接至操作電壓VDD，開關M2的控制端M2-3連接至指紋感測電路141，開關M2的第二端M2-2連接至開關M3的第一端M3-1。開關M3的第二端M3-2連接至指紋感測線FS1，開關M3的控制端M3-3連接至感測閘極線SG1。

在圖10的實施例中，像素P1還包括開關M4與開關M5。開關M4的控制端M4-3連接至指紋感測電路141，開關M4的第二端M4-2連接至接地電壓，開關M4的第一端M4-1連接至開關M5的第二端M5-2，開關M5的控制端M5-3連接至感測閘極線SG1，開關M5的第一端M5-1連接至指紋感測線FS1。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:顯示裝置 110:閘極驅動電路 120:電路 R1~R3:列 C1~C2:行 SG1~SG3:感測閘極線 G1~G3:閘極線 D1~D2:資料線 FS1~FS2:指紋感測線 P1~P6:像素 141~146:指紋感測電路 X,Y:方向 210:顯示期間 220:指紋感測期間 C:電容 INS:絕緣層 410:法向量 510:指紋感測區 520,720:區域 710:顯示區 712:非顯示區 M1~M5:開關 C1,C2:電容 810:放大器 M1-1,M2-1,M3-1,M4-1,M5-1,C1-1,C2-1,811:第一端 M1-2,M2-2,M3-2,M4-2,M5-2,C1-2,C2-2,812:第二端 M1-3,M2-3,M3-3,M4-3,M5-3:控制端 813:輸出端 VDD:操作電壓

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據一實施例繪示顯示裝置的示意圖。

圖2是根據一實施例繪示顯示期間以及指紋感測期間的示意圖。圖3與圖4是根據一實施例繪示資料線與指紋感測線的設置剖面圖。圖5至圖7是根據一實施例繪示顯示畫面的示意圖。圖8至圖10是根據一些實施例繪示提供指紋感測功能的相關電路。

100:顯示裝置

510:指紋感測區

520:區域

Claims

一種顯示裝置，包括：多條資料線；多條指紋感測線，其中該些資料線與該些指紋感測線沿著相同方向延伸；至少一電路，連接至該些資料線與該些指紋感測線；以及多個像素，排列多個行與多個列，其中每一該些像素連接至該些資料線的其中之一，該些像素包括多個指紋感測像素與多個第一像素，每一該些指紋感測像素包括一指紋感測電路，該指紋感測電路連接至該些指紋感測線的其中之一，每一該些第一像素與該些指紋像素的其中之一連接至相同的該資料線，其中一指紋感測期間直接接續在一顯示期間之後，其中在該顯示期間，該至少一電路將灰階資料透過該些資料線傳送至該些像素，使得該些第一像素顯示一指紋背景影像的一部份，該些第一像素的顯示順序在該些指紋感測像素的顯示順序之後，其中在該指紋感測期間，該至少一電路透過該些指紋感測線接收來自每一該些指紋感測像素的該指紋感測電路的訊號以產生一指紋影像，並將該指紋影像與該指紋背景影像相減以產生一指紋前景影像。
如請求項1所述之顯示裝置，其中該些資料線與該些指紋感測線設置在一絕緣層上並且屬於相同的金屬層。
如請求項1所述之顯示裝置，其中該些資料線設置於一絕緣層的第一側，該些指紋感測線設置於該絕緣層的第二側，該第二側相對於該第一側，其中從該絕緣層的上表面的法向量觀之，每一該些指紋感測線重疊於該些資料線的其中之一。
如請求項1所述之顯示裝置，其中在該顯示期間該些像素依照該些列的順序被致能，至少部分的該些第一像素設置於該些列中的最後一列。
如請求項4所述之顯示裝置，其中該顯示裝置包括顯示區與非顯示區，該些指紋感測像素與該些第一像素設置於該顯示區。
如請求項5所述之顯示裝置，其中部分的該些第一像素是直接相鄰於該些指紋感測像素。
如請求項4所述之顯示裝置，其中該顯示裝置包括顯示區與非顯示區，該些指紋感測像素設置於該顯示區，該些第一像素設置於該非顯示區。
如請求項1所述之顯示裝置，其中每一該些指紋感測像素還包括一第一開關，該第一開關的一第一端連接至對應的該指紋感測電路，該第一開關的一控制端連接至對應的感測閘極線，該第一開關的一第二端連接至對應的該指紋感測線，該至少一電路包括：一放大器，具有第一端、第二端與輸出端，其中該放大器的該第二端連接至一接地電壓；一第一電容，該第一電容的第一端連接至該些指紋感測線的其中之一，該第二電容的第二端連接至該放大器的該第一端；以及一第二電容，該第二電容的第一端連接至該放大器的該第一端，該第二電容的第二端連接至該放大器的該輸出端。
如請求項1所述之顯示裝置，其中每一該些指紋感測像素還包括：一第一開關，該第一開關的控制端連接至對應的該指紋感測電路，該第一開關的第一端連接至一操作電壓；以及一第二開關，該第二開關的第一端連接至該第一開關的該第二端，該第二開關的控制端連接至對應的該感測閘極線，該第二開關的第二端連接至對應的該指紋感測線。
如請求項1所述之顯示裝置，其中每一該些指紋感測像素還包括：一第一開關，該第一開關的控制端連接至對應的該指紋感測電路，該第一開關的第二端連接至一接地電壓；以及一第二開關，該第二開關的第一端連接至對應的該指紋感測線，該第二開關的第二端連接至該第一開關的第一端，該第二開關的控制端連接至對應的該感測閘極線。